(57)【要約】【課題】  主に、弾性層における熱伝導特性と弾性効果の両立を果たし、かつ、部材構成として耐熱特性に有利な定着部材を提供することを目的とする。【解決手段】  電子写真のトナーを定着する定着部材として、基体上に弾性層１と、弾性層２を順次積層し、かつ、最外層を形成して成る定着部材であり、２５℃での弾性層１の熱拡散率ａ１、２５℃での弾性層２の熱拡散率ａ２、弾性層１の層厚みｄ２、弾性層２の層厚みｄ２を所定の範囲とする。【選択図】  図１
2005157175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真のトナーを定着する定着部材であり、
基体上に弾性層１と、弾性層２が順次積層し、かつ、最外層が形成されて成る定着部材であり、
25℃での弾性層１の 熱拡散率 a1 [m2 /s]は、
0.1×10-6 ≦ a1 ≦ 0.4×10-6
であり、かつ、25℃での弾性層２の 熱拡散率 a2 [m2 /s] は、
0.6×10-6  ≦ a2 ≦  0.9×10-6
であり、
かつ、弾性層１の層厚みをd1 [μm]、弾性層２の層厚みをd2 [μm]としたとき、
100 ≦ d1 ≦ 400
であり、かつ
100 ≦ d2 ≦ 400
であり、かつ
200 ≦ (d1＋d2) ≦ 500
を満たす範囲であることを特徴とした定着部材。
【請求項２】
請求項１記載の定着部材であり、最外層はフッ素樹脂であり、かつ、弾性層はシリコーンゴムであることを特徴とした定着部材。
【請求項３】
請求項２記載の定着部材であり、25℃でのシリコーンゴム層１のJIS-A硬度HS1が
1°≦ HS1 ≦ 10°
であり、かつ、25℃でのシリコーンゴム層２のJIS-A硬度HS2は、
20°≦ HS2 ≦ 40°
であることを特徴とした定着部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式のコピー機やプリンターのトナー定着に用いられるローラやベルト部材に好適な、定着部材の発明である。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスのトナー定着において、最外層としてトナー離型の良好なフッ素樹脂を形成した定着部材が広く利用されている。中でも、高画質化や高機能化の要求から、シリコーンゴムといった柔軟な弾性材料からなる弾性層上に、直接または間接的にフッ素樹脂の最外層を形成した定着部材が様々なバリエーションで用いられている。
【０００３】
弾性層は、その弾性機能と同時に、定着部材として様々な熱特性を要求される。一般には、シリコーンゴムのような耐熱性のゴム原料に、熱伝導性の無機充填材を配合し、所望の熱特性と弾性を得る。しかしながら、高い熱伝導性を持たせるために無機充填材を多く配合していくことは、ゴムの弾性を損なう方向となり、ゴム原料や無機充填材には様々な工夫が必要となる。
【０００４】
例えば、特許文献１や特許文献２は、従来のアルミナ粉末やシリカ粉末といった無機充填材をシリコーンゴムに配合した際に生じる反発弾性の低さを改善する材料に関する発明である。他にも、特許文献３のように、酸化亜鉛といった無機充填材を使用して、難燃性と耐クリープ性に優た組成物を提供する発明なども知られている。
【０００５】
また、このような無機充填材を配合することによりゴムの硬度が高くなることも既に知られており、例えば特許文献４にあるように、ゴムの低硬度化のためには架橋密度を低くしたり、充填材を減らす方法は一般的に知られており、これを改善するための材料に関する発明も、該公報のように提案がなされている。
【０００６】
すなわち、材料特性として熱伝導特性を高める場合には、弾性効果や、耐熱特性において性能が劣る場合が得てして多い。逆に論じれば、弾性効果や耐熱特性を高める場合には、熱伝導特性を犠牲にしなければならない場合も多くあると言える。
【０００７】
このような課題に対し、材料改善の観点からの発明は数多く見られ、具体的な解決手段も広く利用可能であるが、更なる向上を目指す場合、定着部材の設計や構成といった観点からの発明も必要となってくる。
【特許文献１】特開平11-158383号公報
【特許文献２】特開平2002-072728号公報
【特許文献３】特登録03235863号公報
【特許文献４】特登録03243991号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明においては、主に、弾性層における熱伝導特性と弾性効果の両立を果たし、かつ、部材構成として耐熱特性に有利な定着部材を提供することを目的とする。
【０００９】
本出願に係る第1の発明は、トナー定着に対して、高い熱伝導性によりトナーをより溶融させ、かつ、部材構成として耐熱特性に有利な定着部材を提供することを目的とする。特に、定着部材の熱容量的観点から弾性層の厚みを比較的薄く形成することが要求される定着部材において、上記課題を解決することを目的とする。
【００１０】
本出願に係る第２の発明は、耐熱特性の比較的に優れた材料を選択しつつ、上記課題を解決する定着部材を提供することを目的とする。
【００１１】
本出願に係る第３の発明は、弾性層の弾性効果を高め、定着画像の均質性を確保しつつ、上記課題を解決する定着部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本出願に係る第1の発明は、電子写真のトナーを定着する定着部材として、基体上に弾性層１と、弾性層２を順次積層し、かつ、最外層を形成して成る定着部材であり、25℃での弾性層１の 熱拡散率 a1 [m2 /s]を、0.1×10-6 ≦ a1 ≦ 0.4×10-6とし、かつ、25℃での弾性層２の 熱拡散率 a2 [m2 /s] を、0.6×10-6≦ a2 ≦0.9×10-6とし、かつ、弾性層１の層厚みをd1 [μm]、弾性層２の層厚みをd2 [μm]としたとき、100 ≦ d1 ≦ 400であり、かつ100 ≦ d2 ≦ 400であり、かつ200 ≦ (d1＋d2) ≦ 500を満たす範囲とすることにより、第1の目的を達成する。
【００１３】
このように、基体に近い弾性層の熱拡散率を比較的低くすることで、耐熱特性に有利な材料選択を可能としつつ、最外層に近い弾性層の熱拡散率を比較的高くすることにより、トナーへの熱伝導特性を高くすることができる。本発明によれば、上記構成において、より好適な効果を確認することができた。
【００１４】
また、本出願に係る第２の発明は、第１の発明に加え、最外層をフッ素樹脂とし、かつ、弾性層をシリコーンゴムとすることにより、第２の目的を達成する。
【００１５】
また、本出願に係る第３の発明は、第２の発明に加え、25℃でのシリコーンゴム層１のJIS-A硬度HS1を1°≦ HS1 ≦ 10°とし、かつ、25℃でのシリコーンゴム層２のJIS-A硬度HS2を、20°≦ HS2 ≦ 40°とすることにより、第３の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、主に、弾性層における熱伝導特性と弾性効果の両立を果たし、かつ、部材構成として耐熱特性に有利な設計手段を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施したトナー定着部材を例示する。
【００１８】
図１に、トナー定着部材の一例を示す。
11はロール形状の芯金であり、アルミや鉄などの比較的熱伝導が高くかつ剛性の確保できる材質が選択される。中空の内部にはハロゲンヒータ（図示せず）などの熱源を配し加熱される。
12及び13は弾性層であり、耐熱性や柔軟性が求められる。材質は特に限定されるものではないが、耐熱性、弾性、コストの観点から考えて、シリコーンゴムが好適といえる。
シリコーンゴムの種類は、架橋反応の形態として特に限定されないが、トナー定着部材に用いることを鑑みると、付加反応型やパーオキサイド反応型が好適に用いられる。
【００１９】
特に、付加反応型のシリコーンゴムは、その加工の容易性などの付随した利便性により、本発明をより効果的に実施できる材料である。
【００２０】
また、シリコーンゴムは官能基の種類が様々に知られているが、それら公知の種類の官能基を有したシリコーンゴムを用いても構わない。特に、メチル基のみを有したジメチルシリコーンゴムや、フェニル基を有したメチルフェニルシリコーンゴム／フェニルシリコーンゴムがトナー定着部材用に良く知られ、好んで用いられる。
【００２１】
シリコーンゴムには、耐熱や伝熱や補強や増量等を目的として、無機系の粉末状の充填剤を配合しても良い。無機系充填剤は公知のものを用いることが出来る。例えば、結晶性シリカ、煙霧状シリカ、酸化鉄、アルミナなどを例示できる。
【００２２】
この他、シリコーンゴムには各種特性の調整のために配合剤を加えても良い。
【００２３】
この弾性層は、特に熱伝導特性の観点からの設計が重要である。本発明では、短時間での熱伝導性を設計するために、その材料の熱拡散率aに着目した。熱拡散率aとは、a=k／（ρ・c）で定義される物理定数である。ここで、kは熱伝導率、ρは密度、cは比熱である。本発明において、熱伝導率kは、迅速熱伝導率計（QTM-500、京都電子工業株式会社製）にて測定した。また、密度ρは、固体比重測定装置（SGM-200、島津製作所製）にて測定した。また、比熱cは、示差熱量計（DSC2920、PAインスツルメント社製）にて測定した。なお、測定条件は25℃とし、各々の装置に合わせて、シリコーンゴムの測定試料を作成して測定を行った。
【００２４】
弾性層１（図示12）は、25℃での熱拡散率 a1 [m2 /s]を0.1×10-6 ≦ a1 ≦ 0.4×10-6とし、主に弾性効果を発揮させることを期待する。本発明において弾性層１の層厚みd1［μm］は、その弾性効果を十分に発揮できるよう、100μm以上の厚みを持たせ、かつ、定着部材の熱特性の観点から、400μm以下の範囲とする。また、より好ましい弾性効果と耐熱特性を期待し、弾性層１がシリコーンゴムである場合に、そのJIS-A硬度HS1を、1°以上10°以下とする。ここで、JIS-A硬度は、JIS-K-6301に準じて25℃で測定した値である。
【００２５】
弾性層2（図示13）は、25℃での熱拡散率 a2 [m2 /s]を0.6×10-6 ≦ a2 ≦ 0.9×10-6とし、主に弾性効果を発揮させることを期待する。本発明において弾性層2の層厚みd2［μm］は、その熱伝導特性を十分に発揮できるよう、100μm以上の厚みを持たせ、かつ、定着部材の熱特性の観点から、400μm以下の範囲とする。また、より好ましい弾性効果と耐熱特性を期待し、弾性層2がシリコーンゴムである場合に、そのJIS-A硬度HS2を、20°以上40°以下とする。
【００２６】
また、弾性層の総厚み（d1+d2）は、弾性効果と、本発明の作用がより効果的に期待できる200μm以上、また、加熱源からのより効率的な熱伝導を鑑みて、500μm以下とする。
【００２７】
14は最外層であり、耐熱性や、トナーの付着のし難さが求められる。材質は特に限定されるものではないが、様々な定着部材の特性を踏まえると、フッ素樹脂が本発明をより効果的に実施できる材料である。
【００２８】
フッ素樹脂の種類は、公知である種類の材料を用いることができ、特に限定されない。一般によく知られる、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（PFA）、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体（FEP）等の単一種、または複合種の材料を用いることが好ましい。
【００２９】
最外層としてのフッ素樹脂の厚みは特に限定されるものではないが、50μm以下の厚み範囲においては本発明の作用がより効果的に期待でき、より好ましくは30μｍ以下が本発明の実施形態として特に推奨される。厚みの下限は機械的強度の要求と共に変わるが、厚みを10μm以上とするのが実用的であると考えられる。
【００３０】
本発明実施の形態は、図1に挙げたローラ形状のトナー定着部材のみならず、厚みの薄い基体からなるベルト形状であっても良い。
【００３１】
（実施例）
まず、本発明実施のために、付加反応型の2液混合タイプの液状シリコーンゴム原料を準備した。
【００３２】
シリコーンゴム１として、2液の平均粘度が20Pa・sの液状シリコーンゴム原料を用意した。このシリコーンゴム原料の熱硬化後の物性を測定したところ、熱拡散率a=0.1×106m2/s、JIS-A硬度HS=5°であった。
【００３３】
シリコーンゴム２として、2液の平均粘度が290Pa・sの液状シリコーンゴム原料を用意した。このシリコーンゴム原料の熱硬化後の物性を測定したところ、熱拡散率a=0.8×106m2/s、JIS-A硬度HS=30°であった。
【００３４】
シリコーンゴム３として、2液の平均粘度が220Pa・sの液状シリコーンゴム原料を用意した。このシリコーンゴム原料の熱硬化後の物性を測定したところ、熱拡散率a=0.4×106m2/s、JIS-A硬度HS=10°であった。
【００３５】
シリコーンゴム４として、2液の平均粘度が120Pa・sの液状シリコーンゴム原料を用意した。このシリコーンゴム原料の熱硬化後の物性を測定したところ、熱拡散率a=0.6×106m2/s、JIS-A硬度HS=33°であった。
【００３６】
（実施例１）
まず、外径30mm、厚さ1.5mm、長さ230mmのアルミパイプ（ローラ）を用意し、表面をシリコーン系プライマー（DY35-051、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）によりプライマー処理した。
【００３７】
次いで、シリコーンゴム１の原液を秤量・攪拌し、上記プライマー処理したアルミパイプ上に100μmの厚みに均一にコートし、次いで、シリコーンゴム２の原液を秤量・攪拌し、200μmの厚みに均一にコートした。このローラを、熱風炉内で150℃、30分処理し、次いで、熱風炉内で200℃、4時間処理した。
【００３８】
次に、厚みが30μmで、内径30.8mmの、内面が脱フッ素処理された熱収縮型のPFAフッ素樹脂チューブを用意し、その内面を上記シリコーン系プライマーを塗布し、自然乾燥した。
【００３９】
次いで、上記シリコーンゴムがコートされたローラに、上記自然乾燥したPFAフッ素樹脂チューブを被覆し、熱風炉内で200℃、4時間処理し、ローラとしての成形を終えた。
【００４０】
（実施例２）
シリコーンゴム１の厚みを200μm、シリコーンゴム２の厚みを100μmとする以外は実施例１と同様の方法によりローラを製作した。
【００４１】
（実施例３）
シリコーンゴム１の代わりにシリコーンゴム３を、シリコーンゴムの代わりにシリコーンゴム４を用いる以外は実施例１と同様の方法によりローラを製作した。
【００４２】
（比較例１）
まず、外径30mm、厚さ1.5mm、長さ230mmのアルミパイプ（ローラ）を用意し、表面をシリコーン系プライマー（DY35-051、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）によりプライマー処理した。
【００４３】
次いで、シリコーンゴム１の原液を秤量・攪拌し、上記プライマー処理したアルミパイプ上に300μmの厚みに均一にコートし、このローラを、熱風炉内で150℃、30分処理し、次いで、熱風炉内で200℃、4時間処理した。
【００４４】
その後、フッ素樹脂の最外層は実施例１と同様の方法で形成し、ローラを製作した。
【００４５】
（比較例２）
シリコーンゴム１の代わりにシリコーンゴム２を用いる以外は比較例１と同様の方法によりローラを製作した。
【００４６】
（比較例３）
シリコーンゴム１の代わりにシリコーンゴム２を用い、シリコーンゴム２の代わりにシリコーンゴム１を用いる以外は実施例２と同様の方法によりローラを製作した。
【００４７】
上記製作したローラについて、本発明の効果を確認するため、図２に例示したトナー定着装置に、種々製作したローラを組み込み、定着画像の評価を行った。
【００４８】
21は、トナー定着部材を上側に配した上ローラであり、22は、上ローラに対して加圧されるようトナー定着部材を配した下ローラである。ローラ内には、ヒータ（図示せず）を配し、サーミスタ（図示せず）を通して所定の温度に温調する。
【００４９】
この上下ローラに挟まれた部分をトナー定着ニップと呼び、トナー像が形成された紙などの記録材23はこのニップにて所定の速度で狭持搬送され、熱と圧力を受けることで、トナーは定着し、定着画像を得る。
【００５０】
トナー像は、クリエイティブプロセッサー６８０（商品名：CP680、キヤノン株式会社）を用い、定着装置の手前で用紙を取り出せるようにしておき、未定着のトナー画像を得た。
【００５１】
また、用紙として、カラーレーザーコピア用紙（商品名：TKCL-A4、キヤノン販売株式会社）を用いた。画像は、マゼンタ濃度100％とシアン濃度100％を重ねた2色べた画像とした。
【００５２】
定着画像の評価は、光沢度の測定によりトナー溶融の程度を評価し、優劣をつけた。すなわち、ある条件に対して光沢度が高い、もしくは低いが十分であればトナー溶融に優れ、光沢度が低すぎる場合には、トナー溶融に劣るものと評価した。トナー溶融の優劣により、本発明の効果である、定着部材としての熱伝導特性の優位性を判断した。更に、光沢度の値のバラツキを評価し、本発明の効果である弾性効果を確認した。この時、光沢度の値のばらつきが少ない方が、より弾性効果を発揮しているものと判断した。光沢度の測定には、光沢度計（PG-3D、入射・反射角度＝75°、日本電色株式会社）を用い、光沢度96.9の黒色ガラスを基準とし測定した。
【００５３】
結果を図３に示した。このように、本発明の実施例においては、比較例１のように比較的に熱伝導特性の良いシリコーンゴムのみを使用したものに比べ、光沢は同等か、低いが十分（-2程度まで）と判断でき、かつ、光沢ムラが少なく、よって、トナー溶融特性と弾性効果に優れるという本発明の効果が実証できた。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明実施の形態の例示図。
【図２】本発明の効果の確認に使用したトナー定着装置の模式図。
【図３】本発明の実施例と比較例の結果。
【符号の説明】
【００５５】
11  芯金
12  弾性層１
13  弾性層２
14  最外層
21  上ローラ
22  下ローラ
23  記録材
【図１】
2005157175.tif 000003
【図２】
2005157175.tif 000004
【図３】
2005157175.tif 000005